पीवीसी कोटिंग्स के लिए ज्वाला-रोधी फॉर्मूलेशन का विश्लेषण और अनुकूलन

पीवीसी कोटिंग्स के लिए ज्वाला-रोधी फॉर्मूलेशन का विश्लेषण और अनुकूलन

ग्राहक पीवीसी टेंट बनाता है और उसे अग्निरोधी लेप लगाने की ज़रूरत है। वर्तमान सूत्र में 60 भाग पीवीसी रेज़िन, 40 भाग टीओटीएम, 30 भाग एल्युमिनियम हाइपोफॉस्फाइट (40% फॉस्फोरस युक्त), 10 भाग एमसीए, 8 भाग ज़िंक बोरेट, और डिस्पर्सेंट शामिल हैं। हालाँकि, अग्निरोधी प्रदर्शन खराब है, और अग्निरोधी पदार्थों का फैलाव भी अपर्याप्त है। नीचे कारणों का विश्लेषण और सूत्र में प्रस्तावित समायोजन दिया गया है।

I. खराब ज्वाला मंदता के मुख्य कारण

1. कमजोर सहक्रियात्मक प्रभावों के साथ असंतुलित ज्वाला मंदक प्रणाली

• अत्यधिक एल्युमिनियम हाइपोफॉस्फाइट (30 भाग):
  यद्यपि एल्युमीनियम हाइपोफॉस्फाइट एक प्रभावी फॉस्फोरस-आधारित ज्वाला मंदक है (40% फॉस्फोरस सामग्री), अत्यधिक मात्रा में (>25 भाग) मिलाने से निम्नलिखित हो सकता है:
• सिस्टम की श्यानता में तीव्र वृद्धि, जिससे फैलाव कठिन हो जाता है और एकत्रित हॉटस्पॉट बनते हैं जो जलने में तेजी लाते हैं ("विक प्रभाव")।
• अत्यधिक अकार्बनिक भराव के कारण सामग्री की मजबूती कम हो जाती है और फिल्म बनाने के गुण ख़राब हो जाते हैं।
• उच्च एमसीए सामग्री (10 भाग):
  एमसीए (नाइट्रोजन-आधारित) को आमतौर पर एक सहक्रियाकारक के रूप में इस्तेमाल किया जाता है। जब इसकी मात्रा 5 भागों से ज़्यादा हो जाती है, तो यह सतह पर चला जाता है, जिससे ज्वाला-रोधी पदार्थों की कार्यक्षमता कम हो जाती है और संभवतः अन्य ज्वाला-रोधी पदार्थों के साथ हस्तक्षेप होता है।
• प्रमुख सहक्रियावादियों की कमी:
  जबकि जिंक बोरेट में धुआं-दबाने वाले प्रभाव होते हैं, एंटीमनी-आधारित (जैसे, एंटीमनी ट्राइऑक्साइड) या धातु ऑक्साइड (जैसे, एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड) यौगिकों की अनुपस्थिति "फॉस्फोरस-नाइट्रोजन-एंटीमनी" सहक्रियात्मक प्रणाली के गठन को रोकती है, जिसके परिणामस्वरूप अपर्याप्त गैस-चरण ज्वाला मंदता होती है।

2. प्लास्टिसाइज़र चयन और ज्वाला मंदक लक्ष्यों के बीच बेमेल

• TOTM (ट्रायोक्टाइल ट्राइमेलिटेट) की ज्वाला मंदकता सीमित है:
  TOTM ऊष्मा प्रतिरोध में उत्कृष्ट है, लेकिन फॉस्फेट एस्टर (जैसे, TOTP) की तुलना में ज्वाला मंदक क्षमता में बहुत कम प्रभावी है। टेंट कोटिंग जैसे उच्च ज्वाला मंदक अनुप्रयोगों के लिए, TOTM पर्याप्त दहन और ऑक्सीजन-अवरोधक क्षमताएँ प्रदान नहीं कर सकता।
• अपर्याप्त कुल प्लास्टिसाइज़र (केवल 40 भाग):
  पीवीसी रेज़िन को पूर्ण प्लास्टिकीकरण के लिए आमतौर पर 60-75 भाग प्लास्टिसाइज़र की आवश्यकता होती है। प्लास्टिसाइज़र की कम मात्रा के कारण पिघली हुई श्यानता बढ़ जाती है, जिससे ज्वाला मंदक के फैलाव की समस्या और भी बढ़ जाती है।

3. अप्रभावी फैलाव प्रणाली के कारण असमान ज्वाला मंदक वितरण

• वर्तमान डिस्पर्सेंट सामान्य प्रयोजन प्रकार का हो सकता है (जैसे, स्टीयरिक एसिड या पीई मोम), जो उच्च-भार वाले अकार्बनिक ज्वाला मंदक (एल्यूमीनियम हाइपोफॉस्फाइट + जिंक बोरेट कुल 48 भाग) के लिए अप्रभावी है, जिसके कारण:
• ज्वाला रोधी कणों का एकत्रीकरण, कोटिंग में स्थानीयकृत कमजोर स्थानों का निर्माण करता है।
• प्रसंस्करण के दौरान खराब पिघलन प्रवाह, कतरनी गर्मी उत्पन्न करता है जो समय से पहले अपघटन को ट्रिगर करता है।

4. ज्वाला मंदक और पीवीसी के बीच खराब संगतता

• एल्युमिनियम हाइपोफॉस्फाइट और जिंक बोरेट जैसे अकार्बनिक पदार्थों में पीवीसी के साथ महत्वपूर्ण ध्रुवता अंतर होता है। सतह संशोधन (जैसे, सिलेन युग्मन एजेंट) के बिना, प्रावस्था पृथक्करण होता है, जिससे ज्वाला-रोधी दक्षता कम हो जाती है।

II. कोर डिज़ाइन दृष्टिकोण

1. प्राथमिक प्लास्टिसाइज़र को TOTP से बदलें

• इसकी उत्कृष्ट आंतरिक ज्वाला मंदता (फास्फोरस सामग्री ≈9%) और प्लास्टिकीकरण प्रभाव का लाभ उठाएं।

2. ज्वाला मंदक अनुपात और तालमेल को अनुकूलित करें

• एल्यूमीनियम हाइपोफॉस्फाइट को मुख्य फास्फोरस स्रोत के रूप में बनाए रखें, लेकिन फैलाव में सुधार करने और "विक प्रभाव" को न्यूनतम करने के लिए इसकी खुराक को काफी कम कर दें।
• जिंक बोरेट को एक प्रमुख सहक्रियाकारक (जलन और धुआं दमन को बढ़ावा देने वाला) के रूप में बनाए रखें।
• नाइट्रोजन सहक्रियाकारक के रूप में एमसीए को बनाए रखें, लेकिन माइग्रेशन को रोकने के लिए इसकी खुराक कम करें।
• परिचय देनाअति सूक्ष्म एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड (ATH)एक बहुक्रियाशील घटक के रूप में:
• लौ कम करना:ज्वलनशील गैसों का ऊष्माशोषी अपघटन (निर्जलीकरण), शीतलन और तनुकरण।
• धुआँ दमन:धुआँ उत्पादन में उल्लेखनीय कमी आती है।
• भराव:लागत कम होती है (अन्य अग्निरोधी पदार्थों की तुलना में)।
• बेहतर फैलाव और प्रवाह (अल्ट्राफाइन ग्रेड):पारंपरिक ATH की तुलना में फैलाव आसान है, जिससे चिपचिपाहट में वृद्धि न्यूनतम होती है।

3. फैलाव संबंधी समस्याओं के लिए मजबूत समाधान

• प्लास्टिसाइज़र सामग्री में उल्लेखनीय वृद्धि:पूर्ण पीवीसी प्लास्टिकीकरण सुनिश्चित करें और सिस्टम चिपचिपापन कम करें।
• उच्च दक्षता वाले सुपर-डिस्पर्सेंट का उपयोग करें:विशेष रूप से उच्च-भार, आसानी से एकत्रित होने वाले अकार्बनिक पाउडर (एल्यूमीनियम हाइपोफॉस्फाइट, ATH) के लिए डिज़ाइन किया गया।
• प्रसंस्करण को अनुकूलित करें (पूर्व-मिश्रण महत्वपूर्ण है):अग्निरोधी पदार्थों का पूर्णतः गीलापन और फैलाव सुनिश्चित करें।

4. बुनियादी प्रसंस्करण स्थिरता सुनिश्चित करें

• पर्याप्त ताप स्टेबलाइजर्स और उपयुक्त स्नेहक डालें।

III. संशोधित ज्वाला-रोधी पीवीसी फॉर्मूला

IV. सूत्र नोट्स और मुख्य बिंदु

1. TOTP मूल आधार है

• 65–75 भागसुनिश्चित करता है:
• पूर्ण प्लास्टिकीकरण: पीवीसी को नरम, निरंतर फिल्म निर्माण के लिए पर्याप्त प्लास्टिसाइज़र की आवश्यकता होती है।
• श्यानता में कमी: उच्च-भार वाले अकार्बनिक ज्वाला मंदक के फैलाव में सुधार के लिए महत्वपूर्ण।
• आंतरिक ज्वाला मंदकता: TOTP स्वयं एक अत्यधिक प्रभावी ज्वाला मंदक प्लास्टिसाइज़र है।

2. ज्वाला मंदक तालमेल

• पीएनबी-एआई तालमेल:एल्युमिनियम हाइपोफॉस्फाइट (P) + MCA (N) बेस PN सहक्रिया प्रदान करते हैं। जिंक बोरेट (B, Zn) चारकोल बनने और धुएँ को कम करने में मदद करता है। अल्ट्राफाइन ATH (Al) व्यापक रूप से ऊष्माशोषी शीतलन और धुएँ को कम करने में मदद करता है। TOTP फॉस्फोरस भी प्रदान करता है। इससे एक बहु-तत्व सहक्रियात्मक प्रणाली बनती है।
• एटीएच की भूमिका:25-35 भाग अतिसूक्ष्म एटीएच ज्वाला मंदक और धुआँ दमन में प्रमुख योगदानकर्ता है। इसका ऊष्माशोषी अपघटन ऊष्मा को अवशोषित करता है, जबकि मुक्त जलवाष्प ऑक्सीजन और ज्वलनशील गैसों को तनु कर देती है।अतिसूक्ष्म और सतह-उपचारित ATH महत्वपूर्ण हैचिपचिपाहट प्रभाव को कम करने और पीवीसी संगतता में सुधार करने के लिए।
• अपचयित एल्युमीनियम हाइपोफॉस्फाइट:फास्फोरस के योगदान को बनाए रखते हुए सिस्टम के बोझ को कम करने के लिए इसे 30 से घटाकर 15-20 भाग कर दिया गया।
• कम किया गया एमसीए:पलायन को रोकने के लिए 10 से घटाकर 4-6 भाग कर दिया गया।

3. फैलाव समाधान - सफलता के लिए महत्वपूर्ण

• सुपर-डिस्पर्सेंट (3-4 भाग):उच्च भार (कुल अकार्बनिक भराव के 50-70 भाग!), कठिन-से-फैलाव प्रणाली (एल्यूमीनियम हाइपोफॉस्फाइट + अल्ट्राफाइन एटीएच + जिंक बोरेट) को संभालने के लिए आवश्यक।साधारण डिस्पर्सेंट (जैसे, कैल्शियम स्टीयरेट, पीई मोम) अपर्याप्त हैं!उच्च दक्षता वाले सुपर-डिस्पर्सेंट में निवेश करें और पर्याप्त मात्रा में उपयोग करें।
• प्लास्टिसाइज़र सामग्री (65-75 भाग):जैसा कि ऊपर बताया गया है, यह समग्र श्यानता को कम करता है, तथा फैलाव के लिए बेहतर वातावरण बनाता है।
• स्नेहक (1-2 भाग):आंतरिक/बाह्य स्नेहकों का संयोजन मिश्रण और कोटिंग के दौरान अच्छे प्रवाह को सुनिश्चित करता है, तथा चिपकने से बचाता है।

4. प्रसंस्करण - सख्त पूर्व-मिश्रण प्रोटोकॉल

• चरण 1 (अकार्बनिक पाउडर का सूखा मिश्रण):
• एल्युमिनियम हाइपोफॉस्फाइट, अल्ट्राफाइन एटीएच, जिंक बोरेट, एमसीए और सभी सुपर-डिस्पर्सेंट को एक उच्च गति वाले मिक्सर में डालें।
• 80-90°C पर 8-10 मिनट तक मिलाएँ। लक्ष्य: सुनिश्चित करें कि सुपर-डिस्पर्सेंट प्रत्येक कण पर पूरी तरह से लग जाए और जमाव को तोड़ दे।समय और तापमान महत्वपूर्ण हैं!
• चरण 2 (स्लरी निर्माण):
• चरण 1 के मिश्रण में अधिकांश TOTP (जैसे, 70-80%), सभी ताप स्टेबलाइजर्स और आंतरिक स्नेहक मिलाएं।
• एक समान, प्रवाही अग्निरोधी घोल बनाने के लिए 90-100°C पर 5-7 मिनट तक मिलाएँ। सुनिश्चित करें कि पाउडर प्लास्टिसाइज़र से पूरी तरह गीला हो।
• चरण 3 (पीवीसी और शेष घटक जोड़ें):
• पीवीसी रेज़िन, शेष टीओटीपी, बाह्य स्नेहक (और एंटीऑक्सीडेंट/यूवी स्टेबलाइजर, यदि इस स्तर पर मिलाए गए हों) मिलाएं।
• 100-110°C पर 7-10 मिनट तक मिलाएं जब तक कि यह “शुष्क बिंदु” (मुक्त प्रवाह, कोई गांठ नहीं) तक न पहुंच जाए।पीवीसी के क्षरण को रोकने के लिए अधिक मिश्रण से बचें।
• शीतलन:मिश्रण को छान लें और गांठ बनने से रोकने के लिए इसे <50°C तक ठंडा कर लें।

5. अनुवर्ती प्रसंस्करण

• ठंडे सूखे मिश्रण का उपयोग कैलेंडरिंग या कोटिंग के लिए करें।
• स्टेबलाइजर की विफलता या ज्वाला मंदक (जैसे, ATH) के समय से पहले अपघटन से बचने के लिए प्रसंस्करण तापमान को सख्ती से नियंत्रित करें (अनुशंसित पिघल तापमान ≤170–175°C)।

V. अपेक्षित परिणाम और सावधानियां

• लौ कम करना:मूल फ़ॉर्मूले (TOTM + उच्च एल्युमीनियम हाइपोफ़ॉस्फ़ाइट/MCA) की तुलना में, इस संशोधित फ़ॉर्मूले (TOTP + अनुकूलित P/N/B/Al अनुपात) से ज्वाला मंदता में उल्लेखनीय सुधार होना चाहिए, विशेष रूप से ऊर्ध्वाधर दहन प्रदर्शन और धुआँ दमन में। टेंट के लिए CPAI-84 जैसे लक्ष्य मानक। प्रमुख परीक्षण: ASTM D6413 (ऊर्ध्वाधर दहन)।
• फैलाव:सुपर-डिस्पर्सेंट + उच्च प्लास्टिसाइज़र + अनुकूलित पूर्व-मिश्रण से फैलाव में बहुत सुधार होगा, समूहन में कमी आएगी और कोटिंग की एकरूपता में सुधार होगा।
• प्रक्रियाशीलता:पर्याप्त TOTP और स्नेहक से सुचारू प्रसंस्करण सुनिश्चित होना चाहिए, लेकिन वास्तविक उत्पादन के दौरान चिपचिपाहट और चिपकने पर निगरानी रखनी चाहिए।
• लागत:टीओटीपी और सुपर-डिस्पर्सेंट महंगे हैं, लेकिन कम एल्युमीनियम हाइपोफॉस्फाइट और एमसीए कुछ लागतों की भरपाई कर देते हैं। एटीएच अपेक्षाकृत कम लागत वाला है।

महत्वपूर्ण अनुस्मारक:

• पहले छोटे पैमाने पर परीक्षण!प्रयोगशाला में परीक्षण करें और वास्तविक सामग्रियों (विशेष रूप से ATH और सुपर-डिस्पर्सेंट प्रदर्शन) और उपकरणों के आधार पर समायोजन करें।
• सामग्री का चयन:
• एटीएच:अति सूक्ष्म (D50 ≤2µm), सतह-उपचारित (जैसे, सिलेन) ग्रेड का उपयोग करना आवश्यक है। PVC-संगत सुझावों के लिए आपूर्तिकर्ताओं से परामर्श लें।
• सुपर-डिस्पर्सेंट:उच्च-दक्षता वाले प्रकारों का उपयोग करना आवश्यक है। आपूर्तिकर्ताओं को अनुप्रयोग के बारे में सूचित करें (पीवीसी, उच्च-भार अकार्बनिक भराव, हैलोजन-मुक्त ज्वाला मंदक)।
• टीओटीपी:उच्च गुणवत्ता सुनिश्चित करें।
• परीक्षण:लक्षित मानकों के अनुसार कठोर अग्निरोधी परीक्षण करें। उम्र बढ़ने/पानी के प्रतिरोध का भी मूल्यांकन करें (बाहरी टेंटों के लिए महत्वपूर्ण!)। यूवी स्टेबलाइज़र और एंटीऑक्सीडेंट आवश्यक हैं।

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